3D扫描以及定位界面制造技术

本发明专利技术描述一种用于提供关于定位不可靠性的指示的系统以及方法。所述系统包括：扫描仪，所述扫描仪用于扫描对象的表面几何形状并且使用基于形状的定位累积每一帧的3D点；位姿估计器，所述位姿估计器用于使用所述3D点估计所述扫描仪的所估计位姿；不可靠位姿检测器，所述不可靠位姿检测器用于确定所述所估计位姿是否具有约束不足的定位；以及指示产生器，所述指示产生器用于产生检测到所述不可靠位姿估计的指示。在一个实施例中，自由度识别器识别所述所估计位姿中的有疑问自由度。在一个实施例中，特征点检测器检测可再观察到的特征点，并且所述位姿估计器使用所述特征点和所述3D点来估计所述所估计位姿，并且所述不可靠位姿检测器使用所述特征点将所述所估计位姿识别为不可靠位姿估计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3D扫描以及定位界面
本专利技术大体上涉及对象的表面几何形状的三维扫描的领域，并且更确切地说涉及结构光立体视觉。
技术介绍
对象的表面几何形状的三维扫描以及数字化通常在许多工业以及服务中使用，并且所述三维扫描以及数字化的应用众多。对象的形状使用测距传感器来扫描并且数字化，所述测距传感器测量传感器与表面上的点集之间的距离。所述传感器从给定视点捕获对象的表面的区段。为了扩展经扫描区段或为了扫描整个表面，传感器或对象移动到若干视点中的一者，并且获得在传感器与对象之间的所有相对位姿之间的空间关系。存在用于测量并且计算这些空间关系的若干方法。这些方法中的一者利用所观察对象的形状来计算空间中的相对传感器位置以及定向(即，其位姿)。这些基于形状的方法缩短设置获取的时间，因为不需要在场景中附加目标或额外参考。所观察形状区段的形状可能仍不够复杂以确保可靠地估计位姿。存在不可能明确地确定传感器位姿的六个自由度的例如平面、球形、圆柱形表面和其它形状等众所周知的情形。在存在噪声的情况下，即使非理想情况也可能导致不可靠的位姿估计。
技术实现思路
根据本专利技术的一个广义方面，提供一种用于提供关于定位不可靠性的指示的系统。所述系统包括：扫描仪，所述扫描仪用于扫描对象的表面几何形状并且使用扫描仪的基于形状的定位累积多个帧中的每一帧的3D点集；位姿估计器，所述位姿估计器用于使用3D点估计扫描仪的所估计位姿；不可靠位姿检测器，所述不可靠位姿检测器用于确定所估计位姿是否具有约束不足的(undercontstrained)定位，并且如果所估计位姿具有约束不足的定位，那么将所估计位姿识别为不可靠位姿估计；指示产生器，所述指示产生器用于产生检测到不可靠位姿估计的指示。在一个实施例中，所述系统进一步包括自由度识别器，所述自由度识别器用于识别所估计位姿中的至少一个有疑问自由度，所述自由度识别器由不可靠位姿检测器触发，并且其中由指示产生器产生的指示随所述指示包含关于至少一个有疑问自由度的信息。在一个实施例中，由指示产生器产生的指示包含关于所有有疑问自由度的信息。在一个实施例中，所述系统进一步包括特征点检测器，所述特征点检测器用于检测在所述多个帧中的至少两者中可由扫描仪再观察到的特征点的存在，其中位姿估计器使用特征点和3D点来估计所估计位姿，并且其中不可靠位姿检测器使用特征点将所估计位姿识别为不可靠位姿估计。在一个实施例中，所述系统进一步包括扬声器，其中指示产生器致使扬声器发出可听指示。在一个实施例中，所述系统进一步包括可视界面，其中指示产生器致使可视界面显示可视指示，其中可视指示是文本消息以及图形消息中的至少一者。在一个实施例中，所述系统进一步包括模型构建器，所述模型构建器使用3D点集构建表面的几何形状的累加模型，其中可视界面显示累加模型的图形表示，并且其中可视指示叠加在累加模型的图形表示上。在一个实施例中，所述系统进一步包括三维像素(voxel)灵敏度水平计算器，所述三维像素灵敏度水平计算器用于累积由3D点集修改的累加模型的所有三维像素中的三维像素灵敏度水平的平均值，其中可视界面以对应于三维像素灵敏度水平的颜色显示累加模型的图形表示。在一个实施例中，所述系统进一步包括帧选择器，所述帧选择器用于确定不可靠位姿估计的不可靠性水平；将所述不可靠性水平与预定不可靠性阈值进行比较；仅在所述不可靠性水平低于预定不可靠性阈值的情况下将每一帧的3D点集传递到模型构建器。在一个实施例中，可视界面显示扫描的当前帧的图形表示，并且其中可视指示叠加在当前帧的图形表示上。在一个实施例中，所述系统进一步包括位姿灵敏度水平归属器(attributor)，所述位姿灵敏度水平归属器用于使用所估计位姿将位姿灵敏度水平归于所估计位姿，所述位姿灵敏度水平归属器由不可靠位姿检测器触发，并且其中由指示产生器产生的指示包含关于所述指示的位姿灵敏度水平的信息，其中关于位姿灵敏度水平的信息是可视指示的颜色。在一个实施例中，所述系统进一步包括自由度识别器，所述自由度识别器用于识别所估计位姿中的至少一个有疑问自由度，不可靠性自由度识别器由不可靠位姿检测器触发，并且其中由指示产生器产生的指示随所述指示包含关于至少一个有疑问自由度的信息，其中图形消息包含至少一个箭头，所述箭头以对应于所述有疑问自由度的定向显示。在一个实施例中，所述系统进一步包括用户命令界面，所述用户命令界面接收来自用户的命令以执行定位可靠性验证，其中不可靠位姿检测器以及指示产生器由所述命令触发以产生检测到不可靠位姿估计的指示。根据本专利技术的另一广义方面，提供一种用于提供关于定位不可靠性的指示的方法。所述方法包括：扫描对象的表面几何形状并且使用基于形状的定位累积多个帧中的每一帧的3D点集；使用3D点估计扫描仪的所估计位姿；确定所估计位姿是否具有约束不足的定位，并且如果所估计位姿具有约束不足的定位，那么将所估计位姿识别为不可靠位姿估计；产生检测到不可靠位姿估计的指示。在一个实施例中，确定所估计位姿是否具有约束不足的定位包括：通过使用协方差矩阵确定表面几何形状类型，所述协方差矩阵根据所估计位姿的变化描述帧的拟合质量；提取协方差矩阵的本征(eigenvalue)向量；计算本征向量的对应本征值的比率；使用预定阈值识别所述比率中的至少一个高比率；从所述高比率中提取至少一个有疑问本征向量；如果存在单一高比率，那么确定表面几何形状类型对应于线性拉伸、回转面以及螺旋形中的一者；如果存在两个高比率，那么确认表面几何形状类型对应于圆柱形；如果存在三个高比率，那么确定表面几何形状类型对应于平面以及球形中的一者。在一个实施例中，所述系统进一步包括时域滤波器，当在所述多个帧的n个最新帧中具有不可靠位姿估计的帧的数目u达到预定阈值时所述时域滤波器触发所述指示产生器以产生所述指示。根据本专利技术的另一广义方面，提供一种用于提供关于定位不可靠性的指示的系统以及方法。所述系统包括：扫描仪，所述扫描仪用于扫描对象的表面几何形状并且使用基于形状的定位累积每一帧的3D点集；位姿估计器，所述位姿估计器用于使用3D点估计扫描仪的所估计位姿；不可靠位姿检测器，所述不可靠位姿检测器用于确定所估计位姿是否具有约束不足的定位；以及指示产生器，所述指示产生器用于产生检测到不可靠位姿估计的指示。在一个实施例中，自由度识别器识别所估计位姿中的有疑问自由度。在一个实施例中，特征点检测器检测可再观察到的特征点，并且位姿估计器使用特征点和3D点来估计所估计位姿，并且不可靠位姿检测器使用特征点将所估计位姿识别为不可靠位姿估计。附图说明经包含以提供对本专利技术的主要方面的更好理解并且并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图图示了本专利技术的实例实施例，并且与描述一起用以说明本专利技术的原理。附图并不意图按比例绘制。在所述图式中：图1(现有技术)是对象的扫描过程的图示；图2示出在基于形状的定位中可引起位姿的不确定性的理想表面情况；图3图示圆柱形对象区段上的无约束自由度的视觉反馈；图4图示平面对象区段上的无约束自由度的视觉反馈；图5图示线性拉伸对象区段上的无约束自由度的视觉反馈；图6图示球形对象区段上的无约束自由度的视觉反馈；图7图示旋转对称对象区段的无约束自由度的视觉反馈；图8图示经扫描对象的全局视觉反馈；图9包含图9A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提供关于定位不可靠性的指示的系统，所述系统包括：扫描仪，所述扫描仪用于扫描对象的表面几何形状并且使用所述扫描仪的基于形状的定位累积多个帧中的每一帧的3D点集；位姿估计器，所述位姿估计器用于使用所述3D点估计所述扫描仪的估计位姿；不可靠位姿检测器，所述不可靠位姿检测器用于确定所述所估计位姿是否具有约束不足的定位，并且如果所述估计位姿具有约束不足的定位，那么将所述估计位姿识别为不可靠位姿估计；以及指示产生器，所述指示产生器用于产生检测到所述不可靠位姿估计的指示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.18 US 61/672,8581.一种用于提供关于定位不可靠性的指示的系统，所述系统包括：扫描仪，所述扫描仪用于扫描对象的表面几何形状并且使用所述扫描仪的基于形状的定位累积多个帧中的每一帧的3D点集；位姿估计器，所述位姿估计器用于使用所述3D点估计所述扫描仪的估计位姿；不可靠位姿检测器，所述不可靠位姿检测器用于确定所述估计位姿是否具有约束不足的定位，并且如果所述估计位姿具有约束不足的定位，那么将所述估计位姿识别为不可靠位姿估计；指示产生器，所述指示产生器用于产生检测到所述不可靠位姿估计的指示；以及进一步包括自由度识别器，所述自由度识别器用于识别所述估计位姿中的至少一个有疑问自由度，所述自由度识别器由所述不可靠位姿检测器触发，并且其中，由所述指示产生器产生的所述指示随所述指示包含关于至少一个有疑问自由度的信息。2.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述指示产生器产生的所述指示包含关于所有所述有疑问自由度的信息。3.根据权利要求1或2所述的系统，进一步包括特征点检测器，所述特征点检测器用于检测在所述多个帧中的至少两个帧中能够由所述扫描仪再观察到的特征点的存在，其中，所述位姿估计器使用所述特征点与所述3D点来估计所述估计位姿，并且其中，所述不可靠位姿检测器使用所述特征点将所述估计位姿识别为不可靠位姿估计。4.根据权利要求1到2中任一权利要求所述的系统，进一步包括扬声器，其中，所述指示产生器致使所述扬声器发出可听指示。5.根据权利要求1到2中任一权利要求所述的系统，进一步包括可视界面，其中，所述指示产生器致使所述可视界面显示可视指示，其中，所述可视指示是文本消息以及图形消息中的至少一者。6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括模型构建器，所述模型构建器使用所述3D点集构建所述表面的所述几何形状的累加模型，其中，所述可视界面显示所述累加模型的图形表示，并且其中，所述可视指示叠加在所述累加模型的所述图形表示上。7.根据权利要求5所述的系统，进一步包括三维像素灵敏度水平计算器，所述三维像素灵敏度水平计算器用于累积由所述3D点集修改的累加模型的所有三维像素中的三维像素灵敏度水平的平均值，其中，所述可视界面以对应于所述三维像素灵敏度水平的颜色显示所述累加模型的所述图形表示。8.根据权利要求6所述的系统，进一步包括帧选择器，所述帧选择器用于确定所述不可靠位姿估计的不可靠性水平；将所述不可靠性水平与预定不可靠性阈值进行比较；仅在所述不可靠性水平低于所述预定不可靠性阈值的情况下将每一所述帧的所述3D点集传递到所述模型构建器。9.根据权利要求5所述的系统，其中，所述可视界面显示所述扫描的当前帧的图形表...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·赫伯特，亚历山大·卡雷特，埃里克·圣皮埃尔，
申请(专利权)人：形创有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA